9.2 Термодиффузионные покрытия

Покрытие образуется в результате диффузии из твердой или газообразной фазы алюминия (алитирование), хрома (термохромирование), кремния (термосилицирование) в основной металл (сталь).

Процесс проводят при высокой температуре, в вакууме, в нейтральной или восстановительной среде, в атмосфере газообразного хлора. Изделие помещают в порошок наносимого элемента, либо в порошкообразное соединение этого металла, термически разлагающееся при температуре ниже температуры диффузии, либо в расплав.

Необходимое условие диффузии – нарушение структуры металлической решетки основного металла. При высокой температуре, приближающейся к температуре плавления, подвижность металлических ионов настолько велика, что происходит обмен металлов. Толщина покрытия определяется температурой и временем проведения процесса.

В результате диффузии в поверхностном слое стали образуются сплавы оксидов Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂ или двойных сплавов FeAl₂O₄, FeCr₂O₄, Fe₂SiO₄, обладающих повышенными защитными свойствами и жаростойкостью.

Рис. 9.3 – Схема процесса алитирования:

1 – печь; 2 – клапан; 3 – реакционная смесь; 4 – же­лезный ящик;

5 – изделия

Алитирование стальных изделий осуществляют в со­бранном виде, так как образующийся при этом защит­ный слой хрупок и не допускает механической обработ­ки (за исключением сварки).

Детали, очищенные от окалины, ржавчины и грязи, загружают в герметически закрывающийся ящик (реак­тор), тщательно засыпают реакционной смесью, состоя­щей из 50% алюминиевого порошка, 45-48% оксида алю­миния и 2-5% нашатыря. Нагрев ведут в течение 3-4 ч. при температуре 950-1000°С (Рис. 9.3).

Оксиды алюминия необходимы для предотвращения спекания металлического порошка. Нашатырь создает в реакторе защитную неокислительную атмосферу: при нагревании он разлагается на аммиак и хлористый водо­род, которые вытесняют из реактора воздух. Алюминие­вый порошок должен быть очень тонким, чтобы он смог проникнуть ко всем участкам поверхности обрабатывае­мой детали.

Алитированное железо стойко в парах серы и серни­стом газе и применяется для защиты от окисления ко­тельной аппаратуры, деталей газогенераторов, муфелей и др. Диффузионное насыщение стали алюминием – один из самых надежных способов защиты аппаратуры от окисляющего действия кислорода воздуха при повы­шенных температурах.

Термохромирование проводят при температуре 1000 – 1150° С в смеси порошкообразного хрома, каолина (для борьбы со спеканием) и нашатыря (для создания неокис­лительной атмосферы). Образующийся в результате диф­фузии хрома в сталь поверхностный слой представляет со­бой твердый раствор Fe – Сг. Он обладает высокой жа­ростойкостью и твердостью. Термохромирование можно проводить и в газовой фазе – в парах хлористых солей хрома.

Силицирование, как и термохромирование, осуществ­ляют в порошкообразной (смесь измельченного кремния или ферросилиция с хлористым аммонием) и газовой (па­рах четыреххлористого кремния) средах при температу­ре 1000–1200°С. Диффузионное силицирование хо­рошо защищает углеродистую сталь от газовой коррозии.

9.3 Метод погружения в расплавленный металл (''горячий метод'')

Это старейший и наиболее простой метод нанесения цинка, олова, свинца на стальные листы и проволоку. ''Горячие'' покрытия образуются при погружении защищаемого металла в расплавленный металл покрытия. Для растворения поверхностных оксидов и обеспечения лучшего сцепления покрываемый металл предварительно обрабатывают флюсом. (Для горячего лужения жести и меди применяют раствор хлористого цинка).

Покрытия образуются достаточно толстые, практически беспористые, но неравномерные по толщине. К недостаткам метода относится также сравнительно большой расход цветных металлов: помимо избыточной толщины защитного слоя, часть металла безвозвратно теряется вследствие угара (окисления кислородом воздуха).